Question

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂ ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为___________________、______________。

（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_______________________________________________；

（3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×10⁴ C · mol^－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。

Answer

（1）O2＋2H2O＋4e－===4OH－ CH4＋10OH－－8e－=== CO32-＋7H2O

（2）H2 2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（3）×8×9.65×104 C·mol－1＝3.45×104 C 4

【解析】

试题分析：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池中甲烷在负极反应，氧气在正极反应，氧气得到电子结合水生成氢氧根离子，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；甲烷失去电子结合氢氧根离子生成碳酸根离子和水，电极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O。（2）b极与通入甲烷的电极相连，做阴极，是氢离子放电生成氢气，电解氯化钠溶液是电解氯化钠和水，生成氢氧化钠和氢气和氯气，总反应为2NaCl＋2H2O=2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。（3）根据得失电子守恒，1摩尔甲烷转移8摩尔电子，对应产生4摩尔氯气，若每个电池甲烷通入量为1L，则生成4L氯气，电解池通过的电量为×8×9.65×104 C·mol－1＝3.45×104 C。

考点：原电池和电解池的工作原理